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Behavior

El Doble-H Maze: Una prueba del comportamiento robusto para el Aprendizaje y la Memoria en roedores

Published: July 8, 2015 doi: 10.3791/52667
Automatic Translation
1, 1, 1, 2,3
1Section of Neuroelectronic Systems, Dept. of Neurosurgery, University Hospital Freiburg, 2Laboratoire d'Imagerie et de Neurosciences Cognitives, UMR 7364 Université de Strasbourg, CNRS, 3Faculté de Psychologie, Neuropôle de Strasbourg

Abstract

Investigación cognición espacial en roedores típicamente emplea el uso de tareas laberinto, cuyos atributos variar de un laberinto a la siguiente. Estas tareas varían por su flexibilidad conductual y la duración de la memoria requerida, el número de objetivos y caminos, así como la complejidad de la tarea global. Una característica de confusión en muchas de estas tareas es la falta de control sobre la estrategia empleada por los roedores para llegar a la meta, por ejemplo, (procedimiento) estrategias basadas-declarativas (como) o egocéntricos alocéntricos. El laberinto de doble H es una tarea de memoria de escape de agua novela que aborda esta cuestión, al permitir que el experimentador para dirigir el tipo de estrategia aprendido durante el periodo de formación. El laberinto de doble H es un dispositivo transparente, que consiste en un callejón central con tres brazos que sobresalen en ambos lados, junto con una plataforma de escape sumergida en la extremidad de uno de estos brazos.

Las ratas pueden ser entrenados utilizando una estrategia alocéntrica alternando la stposición arte en el laberinto de una manera impredecible (véase el protocolo 1; §4.7), requiriendo así a aprender la ubicación de la plataforma en base a las señales allothetic disponibles. Por otra parte, una estrategia de aprendizaje egocéntrica (protocolo 2; §4.8) puede ser empleado por la liberación de las ratas de la misma posición durante cada ensayo, hasta que aprendan el patrón de procedimiento necesario para alcanzar la meta. Esta tarea ha sido probada para permitir la formación de huellas de la memoria estables.

La memoria puede ser sondeó después del período de entrenamiento en un ensayo de sonda engañosa, en el que la posición de partida para el suplentes ratas. A raíz de un paradigma de aprendizaje egocéntrico, ratas normalmente recurren a una estrategia basada en alocéntrica, pero sólo cuando su vista inicial sobre las señales extra-laberinto difiere notablemente de su posición original. Esta tarea es ideal para explorar los efectos de drogas / perturbaciones en el rendimiento de la memoria alocéntrica / egocéntrica, así como las interacciones entre ªESE dos sistemas de memoria.

Introduction

En los animales, el aprendizaje está mediado principalmente por los sistemas de memoria hippocampal- y basada en el cuerpo estriado 1,2, que desempeñan un papel central en relación con colocación y procesal-memoria, respectivamente. La relación entre estos dos sistemas es compleja, y se sabe que interactúan entre sí de maneras cooperativos o competitivos 1,3. Además, los estudios han demostrado que la influencia de cualquiera de estos sistemas de memoria sobre el comportamiento animal puede aumentar después de la ausencia o daño del otro sistema 4-7. Ambos de estos sistemas están conectados a la corteza prefrontal a través del tálamo.

Numerosos trastornos neurológicos y enfermedades neurodegenerativas pueden afectar la cognición espacial en los seres humanos, que se basan en la interacción entre los sistemas de memoria de procedimiento y declarativo. Los ejemplos incluyen la enfermedad de Parkinson (PD), la enfermedad de Huntington (HD) 8-10, la enfermedad de Alzheimer (AD) 11-14, así comoLa esclerosis lateral amiotrófica (ELA) 15. Los modelos animales, que son relevantes para estos trastornos pueden ser inducidos a través de diversos tratamientos con fármacos que bloquean ciertos receptores 16, así como a través de lesiones específicas. Cuando dichos animales se utilizan con tareas de memoria espacial, una información valiosa puede ser adquirida en los mecanismos subyacentes relacionados con estos trastornos, así como para diversas opciones de tratamiento.

Hay muchos tipos diferentes de tareas de memoria espacial en roedores, que colectivamente están diseñadas para evaluar aspectos específicos de aprendizaje y la memoria, así como los efectos de los tratamientos potenciales para diversos trastornos 17,18. Estas tareas se pueden distinguir por el número de goles y las vías, el grado de flexibilidad de comportamiento en la solución de la tarea, la duración de memoria o de retardo, así como la elección de la estrategia usada en la solución de la tarea. Un buen rendimiento puede ser adquirido en base a las señales o puntos de referencia externos que se utilizan para orientarel animal hacia el objetivo (una estrategia alocéntrica o lugar). Alternativamente, un roedor puede desarrollar una estrategia que se basa en la dirección física y señales con respecto a la dirección para moverse en (una estrategia egocéntrica o de procedimiento), por ejemplo, si una rata sabe que la meta es una vuelta a la izquierda seguido de un giro a la derecha , entonces hay poca necesidad de una estrategia alocéntrica o lugar. Tareas Maze menudo difieren según el grado de flexibilidad que ofrece a los roedores en la solución de ellos. Por ejemplo, en el laberinto acuático de Morris, una versión seca de este último (por ejemplo, 19) o el laberinto Barnes (por ejemplo, 20), no son potencialmente infinitas rutas de la rata puede tomar para llegar a la meta. En el laberinto acuático de Morris, por ejemplo, la ubicación de la meta puede ser aprendido basado en hitos o señales (estrategia alocéntrica) externos, o simplemente nadar en círculos hacia el centro hasta que la plataforma se encuentra (estrategia egocéntrica) 21. Algunas tareas tienen múltiples objetivosy un alto grado de flexibilidad, como la tarea de cono campo 22 o radial de Olton laberinto 23. En el otro extremo de la escala son tareas, que ofrecen una flexibilidad limitada para llegar a la meta, por ejemplo, el laberinto de piedra, o la versión alterna de la T-laberinto. Estas tareas proporcionan una sola manera correcta de llegar a la meta y facilitan la aparición de rutinas cognitivas que se rigen principalmente por el sistema de memoria de procedimiento basado en el estriado.

El laberinto de doble H es un nuevo dispositivo de pruebas de memoria espacial, que fue diseñado para permitir que el experimentador para dirigir el tipo de estrategia que se aprende por los roedores en la solución de la tarea 24. Consta de tres brazos corren paralelas cortadas por un callejón central de perpendicular, el laberinto de doble H es una tarea de escape de agua en la que los roedores aprenden a llegar a una plataforma de escape que se sumerge en una de las ubicaciones laberinto. Durante el entrenamiento, una estrategia de procedimiento puede ser desarrollado por el mantenimiento de tél mismo inicio y ubicaciones meta de todo. Por otra parte, una estrategia alocéntrica puede desarrollarse por la alternancia de la ubicación inicial en un orden aleatorio, por lo que requiere la rata de aprender la ubicación de la plataforma de búsqueda basado en señales ambientales, ya que tiene que hacer en un laberinto de agua. Esto supera un obstáculo presente en muchas tareas diferentes laberinto, en el que el experimentador de lo contrario tiene poco control sobre el tipo de estrategia que utilizan roedores. Esto es importante cuando se considera que los efectos de ciertos fármacos candidatos mejoran la cognición se basan en el sistema lugar-memoria basada en el hipocampo, así la aparición de rutinas o procedimientos cognitivos puede confundir la interpretación de las observaciones de comportamiento cuando los animales, por ejemplo, interruptor de alocéntrica a la memoria de procedimiento durante el curso de capacitación. Del mismo modo, puede ser deseable para evaluar los efectos de los fármacos y tratamientos en la memoria de procedimiento, sin la influencia de la memoria basado en el lugar alocéntrica. Finalmente, este dispositivopuede ser utilizado para estudiar las interacciones cooperativas o competitivas entre estos sistemas de memoria, y las condiciones en que los roedores pueden cambiar de un sistema a otro.

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Protocol

1. Consideraciones generales

Este protocolo ha sido aprobado por el Comité de Cuidado de Animales y el empleo de Hospital Universitario de Friburgo (lo mismo para Estrasburgo). La agudeza visual es necesaria para el desempeño en las pruebas de aprendizaje espacial. Los roedores con sistemas visuales deteriorados por lo tanto no son adecuados. Además, la iluminación debe ser suficiente para que las ratas para ver las diferentes señales situadas en las paredes circundantes. Es útil para utilizar las señales básicas en forma (cuadrado, círculo, triángulo), pero bien contrastados (por ejemplo, las señales pintadas de negro sobre un fondo pintado de blanco). Del mismo modo, los déficits motrices severos son los criterios de exclusión, porque la natación es necesaria para esta prueba y ahogamiento puede ocurrir. Por último, los roedores hiper-ansiedad pueden mostrar un comportamiento de búsqueda fuertemente sesgada, lo que repercute en el rendimiento.

2. Aparato Set Up

  1. Construir un laberinto de doble H que consiste en un callejón central de 160 cm, que está intersectado en ambos extremos y en el centropor tres paralelos ejecutar brazos 160 cm (ver Figura 1). Asegúrese de que el callejón central y sus brazos perpendiculares son 20 cm de ancho, y están rodeados por 35 cm de alto paredes de plexiglás transparente. Grosor del plexiglás es de 6 mm para todas las partes.
  2. Asegure las paredes en su lugar con pegamento y tornillos, y resistente al agua el laberinto usando juntas de silicona en todos los ángulos internos. Estas juntas pueden ser reemplazados fácilmente en caso de que pierda su impermeabilidad. Colocar una salida de drenaje en la extremidad de uno de los brazos de esquina (o en el centro del laberinto) para el vaciado.
  3. Coloque el laberinto en una mesa alta de 80 cm, con un espacio adecuado a su alrededor para una) caminando por el laberinto, y b) la colocación de señales bien contrastados. Designar cada brazo en el laberinto por su posición, es decir, al noroeste (NW), norte (N), noreste (NE), suroeste (SW), sur (S) y sureste (SE).
  4. Coloque una cámara montada en el techo por encima del laberinto para el análisis posterior a la prueba de la conducta animal, utilizando ya sea manual o autmétodos omatic (vídeo-seguimiento) (véase el § 5).

3. Comentarios generales

  1. Antes de usar, llenan el laberinto con agua hasta una altura aproximada de 18 cm (200 L). Esto es lo suficientemente alta como para evitar que las ratas de tocar la parte inferior del laberinto con sus pies, pero lo suficiente para evitar el escape de poca profundidad.
  2. Después de pre-entrenamiento, hacer que el agua opaca mezclando 250 g de leche desnatada en polvo. Cambie el agua diariamente para evitar que el agua de la leche se vuelva rancio. Mantenga la temperatura del agua entre 21 a 23 ° C para proporcionar incentivos para que las ratas buscan la plataforma de escape.
    NOTA: A medida que las ratas se familiaricen con la posición de la plataforma durante el pre-entrenamiento, su posición se mueve a un brazo diferente durante el entrenamiento.
  3. Antes de su uso, sumerja una plataforma de diámetro 17 cm de alto, 10 cm en el extremo de uno de los brazos de esquina (NE, NW, SE o SW). Asegúrese de que la altura para ser sumergido es 1 cm por debajo de la superficie de la superficie del agua. Capacitar a las ratas para llegarla plataforma de destino utilizando una estrategia de aprendizaje egocéntrica alocéntrica o, lo que depende del tipo de paradigma utilizado (véase § 4).

4. Protocolos de formación básica

NOTA: Las ratas son típicamente provistos de un día inicial de pre-entrenamiento, lo que les permite familiarizarse con el laberinto.

  1. Para pre-formación liberar la rata desde la extremidad de uno de los brazos centrales (por ejemplo, S brazo) y coloque la plataforma de peligro en la extremidad de uno de los brazos de la esquina (por ejemplo, NE), a continuación, dar las ratas 4 consecutivo 60 sec ensayos en los que llegan a la plataforma de destino.
  2. Al llegar a la plataforma de escape, permite la rata para esperar allí por 15 seg, de modo que puedan descansar y observar su entorno. Independientemente de la posición de inicio, siempre bloquear el brazo opuesto con una puerta de guillotina transparente, lo que evita la entrada.
    NOTA: Durante la pre-entrenamiento, dejar el agua transparente, y ajustar la plataforma queight tal que sobresale 1 cm por encima de la superficie del agua, por lo que es visible para la rata.
  3. Realizar sesión de entrenamiento diario que consta de hasta 4 ensayos consecutivos, separados por un espacio de 10 segundos como mínimo (formación discreta, es decir, con intervalos de varios minutos entre los ensayos, es una alternativa).
  4. Para el entrenamiento, la ubicación de la plataforma desde su posición de pre-entrenamiento para el brazo elegido (por ejemplo, NW) y sumergirlo en su extremidad 1 cm por debajo de la superficie del agua. Ahora hacer que la opaca agua mediante la adición de leche en polvo y realizar la siguiente formación (sección 4).
  5. Para las ratas que no llegan a la plataforma de destino dentro de 60 segundos, ellos regresan a la posición inicial, y suavemente los guían a la plataforma por el experimentador.
  6. Mida varias variables durante las sesiones de entrenamiento y de sonda, como, nadó la distancia, la latencia al brazo meta / plataforma, tiempo de permanencia en cada brazo, así como el número de errores iniciales / repetitivos (ver Figura2). Tenga en cuenta que las latencias pueden estar influidos por dificultades motoras. Llegado el caso, la distancia y los errores aparecen como variables más fiables sobre el rendimiento cognitivo.
  7. Alocéntrica Estrategia de Formación:
    1. Día 1 - Pre-entrenamiento:
      1. No agregue leche en polvo para este paso. Coloque plataforma de escape que sobresale 1 cm por encima de la superficie del agua en una ubicación fija. Ratas tren en 4 ensayos consecutivos para llegar a la plataforma.
    2. Días 2-5 - Formación:
      1. Añadir 250 g de leche desnatada en polvo al agua para que sea opaco. Mueva la plataforma a un brazo diferente (por ejemplo, de NE a SO) y añadir agua para que la plataforma es 1 cm por debajo de la superficie del agua. Ratas de liberación, ya sea del brazo N o S en secuencias impredecibles para cada sesión, de modo que ambos brazos se utilizan el doble de inicio el juicio en una sola sesión (4 ensayos / día, por ejemplo, SNNS, NSNS; ver Figura 3).
    3. Día 6 - La sonda de la sesión:
      1. Retire plataforma para el ensayo de la sonda. Suelte ratas de un brazo diferente a los utilizados durante el entrenamiento (por ejemplo, SO), y les permiten nadar durante 60 segundos. Ver Figura 4 para las pistas de natación representativas. Análisis del tiempo pasado en el brazo objetivo (antigua ubicación de la plataforma) da una indicación acerca de si las ratas utilizan una estrategia espacial, otro tipo de estrategia, una combinación secuencial de diferentes estrategias (ver abajo), o un patrón de búsqueda desorganizado.
  8. Egocéntrico Formación Estrategia:
    1. Día 1 - Pre-entrenamiento:
      1. Esta es la misma como primer paso en la formación estrategia alocéntrica (paso 4.1). No agregue leche en polvo para este paso. Coloque plataforma de escape que sobresale 1 cm por encima de la superficie del agua en una ubicación fija. Ratas tren en 4 ensayos consecutivos para llegar a la plataforma.
    2. Días 2-5 - Formación:
      1. Añadir 250 g deleche desnatada en polvo al agua para que sea opaco. Mueva la plataforma a un brazo diferente y añadir agua para que la plataforma es 1 cm por debajo de la superficie del agua. Ratas de lanzamiento desde el mismo brazo de inicio (S o N; ver Figura 5) para cada ensayo (4 ensayos / día).
    3. Día 6 - La sonda de la sesión:
      1. Retire plataforma para el ensayo de la sonda. Las ratas son liberados de un brazo diferente de donde fueron liberados durante la capacitación. Permita que las ratas a nadar durante 60 segundos. Bloquear el brazo opuesto con una puerta de guillotina transparente.
        NOTA: Modificar las estrategias de capacitación encima de acuerdo a los requerimientos de una experiencia particular, por ejemplo, pruebas de drogas Efectos etc.
  9. Seque la rata con toallas absorbentes después de cada sesión en el agua.

5. Análisis

  1. Realizar mediciones de latencias, errores iniciales y repetitivos, primeras opciones y tipo de respuesta manually mediante el registro de estas variables de los videos tomados por la cámara encima.
  2. Alternativamente, si está disponible, utilizar el software de vídeo de seguimiento disponible en el mercado y configurado para grabar estas variables automáticamente.
  3. Análisis Estadístico:
    NOTA: La aplicación concreta de análisis estadístico depende del estudio, que está teniendo lugar.
    1. Realizar un uno, dos o tres vías ANOVAs con respecto a los errores iniciales / repetitivas, la latencia al brazo meta / plataforma, y ​​el tiempo pasado en el brazo objetivo; con factores que incluyen el día de la prueba, y el grupo (s) de tratamiento.
    2. Cuando sea necesario, siga estos ANOVAs utilizando post hoc-Newman-Keuls comparaciones múltiples pruebas. Para comparar el rendimiento, utilice un valor de referencia (por ejemplo, el tiempo de permanencia en el brazo para el objetivo durante un ensayo de sonda versus el nivel de azar), y llevar a cabo la prueba t.
    3. Si es necesario, utilice las estadísticas no paramétricas, además (por ejemplo, χ², ver más abajo) o en lugar cuando las condiciones para PARAMETlos ric no se cumplen.

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Representative Results

Estrategia de aprendizaje egocéntrico

Un estudio se llevó a cabo para determinar si la estrategia de la memoria elegida en ratas cambios basados ​​en las alteraciones de su perspectiva de las señales ambientales externos, siguiendo un paradigma egocéntrico-learning 25. Las ratas fueron entrenadas durante 4 días (4 ensayos / día) para llegar a un brazo de meta situada en NE, y se pusieron a prueba posteriormente en el quinto día usando un ensayo de sonda engañosa, en la que el brazo de salida fue bien movido 60 cm a la izquierda (es decir, , NE iniciar para animales liberados desde el brazo de N durante el entrenamiento; SW para iniciar animales entrenados desde el brazo S), o se gira 180 °. Durante el ensayo de la sonda, se muestran las ratas para desarrollar una preferencia para las respuestas de procedimiento memoria cuando la plataforma se desplaza 60 cm a la izquierda de su posición normal (al 92,3% utilizando 26 ratas; véase la Figura 6). Esto fue evidente para las ratas que fueron entrenados en ambos brazos N y S (y posteriormente puestos en libertad desde el brazo NE y SWs durante la sonda de prueba, respectivamente). Por el contrario, sólo 8 de cada 25 ratas (32%) que fueron lanzados desde el brazo opuesto a lo que habían sido entrenados en (es decir, un cambio de N a S, y viceversa) habían mostrado una respuesta procedimental, con una mayor presencia de lugar las respuestas. Un análisis χ 2 mostró que la diferencia en esta distribución fue altamente significativa (χ 2 = 19,80, p <0,001). En el grupo de rotación, 5 de las 13 ratas, que fueron lanzados desde el brazo de N durante el entrenamiento, habían mostrado un comportamiento que no representan ya sea un lugar o una respuesta procedimental (designado como "OTRO" en la figura 6), que fue significativa (χ 2 = 5,77, p <0,05). En resumen, las ratas que habían sido puestos en libertad en el juicio de la sonda con una perspectiva ambiental similar a la observada durante el entrenamiento (60 cm desplazamiento lateral) habían utilizado predominantemente una estrategia egocéntrica, mientras que las ratas con gran changes en su perspectiva del medio ambiente (a través de rotación de 180 °) habían mostrado una mayor incidencia de lugar o "OTROS" respuestas.

Profundo-estimulación cerebral en el cuerpo estriado dorsal-- Implicaciones para el Aprendizaje Procesal

El paradigma procedimental-learning se ha utilizado en las ratas, los cuales fueron sometidos a estimulación cerebral profunda (DBS) en el estriado dorsal 26, en un esfuerzo por entender cómo afecta a la adquisición de los animales, y la elección de la estrategia en un ensayo de sonda engañosa. Las ratas se dividieron en tres grupos (estimulación, simulacro de estimulación y control) y fueron entrenados durante tres días consecutivos (4 ensayos / día) a nadar desde la posición de inicio en el grupo S, a una plataforma de escape escondido en el brazo NE. Inmediatamente después se administraron cada sesión de entrenamiento ratas DBS más de 4 horas en la alternancia de periodos de 20 min. Posteriormente, las ratas se les dio un ensayo de sonda 20 seg 24 horas después del último día de entrenamiento en el que la plataforma era removed, y la ubicación de inicio se desplazaron 60 cm hacia la izquierda (brazo SW). Mientras que este estudio había reportado diferencias significativas entre el estímulo (STIM) y la falsa-estimulación (SHAM) grupos durante la interpretación de adquisición, que habían mostrado un comportamiento alterado durante el juicio sonda. El rendimiento de cada uno de los grupos de ratas durante el ensayo de sonda se muestra en la Figura 7 Aunque cada uno de los tres grupos de ratas habían demostrado un tiempo superior a la media de permanencia en el brazo para el objetivo. (P <0,01; a nivel de probabilidad de 2,9 seg), no hubo diferencias significativas entre los grupos (F (2,42) = 1.4), tal como se analizó usando un ANOVA de una vía (Group). Nivel de probabilidad se determinó en este caso dividiendo la superficie del brazo de goles sobre la superficie total del laberinto, y multiplicándolo por el tiempo de la sonda de prueba (20 seg). Además, no se observaron diferencias significativas entre los grupos con respecto a la latencia para alcanzar la antigua localización de la plataforma (F (2,24) = 0,5). En general cada uno de los grupos deratas necesarios entre 8 y 11 segundos para alcanzar el brazo donde se había localizado la plataforma durante el periodo de formación, con entre 6 y 8 segundos de permanencia en el brazo del blanco (~ 35% de la sonda de prueba de duración). Este fue significativamente mejor que el nivel de azar (en el 2,9 seg; p <0,01). Elección del primer brazo fue diferente entre las ratas STIM y CONT también, con el 42% de las ratas STIM eligen el brazo N (lo que indica una respuesta de memoria procedimental), el 42% de elegir NW (otra respuesta) como su primera opción, y el restante 14 % de elegir el brazo NE (respuesta lugar). Por el contrario, 65% de las ratas CONT nadaba directamente al brazo de N, con sólo el 7% de elegir el NW uno. Las diferencias entre estos grupos fueron significativas, según la evaluación mediante un χ 2 estadística (χ 2 = 4,09, p <0,05). En conjunto, las observaciones hechas durante el juicio sonda indican una modificación de los procesos de la memoria de procedimiento subyacente en las ratas que recibieron la estimulación cerebral profunda.

ProcedPruebas de memoria ural en modelos de rata de Trastornos Neurológicos

Esquizofrenia

Aprendizaje Procesal y la memoria en ratas se ha sondeado utilizando modelos animales de importancia para la esquizofrenia, utilizando una estrategia egocéntrica-aprendizaje en el laberinto de doble H. Lecourtier y sus colegas estudiaron a 27 cómo una lesión del hipocampo ventral-neonatal (NVHL) afecta a la memoria de procedimiento en ratas, al día postnatal 84 - 87. Después de un día de pre-entrenamiento, las ratas fueron capacitados más de 3 días consecutivos (4 ensayos / día) en que fueron liberados del brazo S (con el brazo de N bloqueado por una puerta de guillotina transparente), y la plataforma se encuentra en la extremidad del brazo NE. En el siguiente día consecutivo tras el periodo de formación, un ensayo de sonda engañosa tuvo lugar en el que se retiró la plataforma, y ​​las ratas fueron liberados forma el brazo SW (con el brazo bloqueado S), y se les permitió nadar durante 60 segundos.

Resultados obtenidos durante el tr 3-díaaining muestran la latencia media para alcanzar la plataforma (Figura 8A, parte superior), y el número medio de errores de hecho (Figura 8A, parte inferior). Durante el periodo de formación de 3 días, hubo un efecto significativo de la jornada de formación sobre la latencia plataforma (F (2,38) = 46,67, p = 0,0000) y el número de errores cometidos (F (2,38) = 7.06, p = 0,002), que se refleja por una latencia reducida plataforma y el número de errores (respectivamente), durante todo el curso de la formación por ambos grupos de ratas. Cuando se compara el rendimiento de ambos grupos de ratas, hubo efectos significativos de lesión en tanto la latencia plataforma (F (1,19) = 25,81, p = 0,00006), y también en el número de errores cometidos (F (1,19 ) = 14.92, p = 0,001), en cuyo caso se muestran las ratas NVHL para realizar peor. No se observaron interacciones significativas entre Training Day y la lesión con respecto a la latencia para llegar a la plataforma de destino (F (2,38) = 0,34, p = 0,72) o el número de errores (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), que puede explicarsepor la presencia de una tendencia similar de mejora en el rendimiento durante todo el período de formación, tanto para los grupos de ratas. Pistas de natación típicos según lo registrado durante el inicio de la formación, y la sonda al juicio se representan en la Figura 9. La proporción del personal de primeros opciones que las ratas utilizadas durante la sonda de ensayo se analizaron mediante una prueba χ 2, en el que las comparaciones de casos eran realizado en base a la proporción de decisiones que correspondían a una estrategia basada en el aprendizaje procedimental. Mientras 8/8 ratas del grupo de simulación (100%) habían mostrado una elección basada en el aprendizaje de procedimientos durante la sesión de la sonda, sólo 1/13 ratas del grupo NVHL (7,7%) habían mostrado este comportamiento, con las opciones restantes estar en un brazo que no se refleja ya sea por una colocación o procesal-estrategia (Figura 8B, abajo). Estas diferencias fueron estadísticamente significativas (χ 2 1 = 17,23, p = 0,0000). En términos generales, estos resultados ponen de manifiesto un déficit en el abidad de las ratas a NVHL a) adquirir la tarea, y b) adquirir una respuesta basada en la memoria de procedimiento, en comparación con el grupo de tratamiento simulado. Este último hallazgo refleja una desorientación espacial en las ratas NVHL.

Enfermedad de Huntington

Procedimiento de aprendizaje y la memoria también se han investigado en un modelo de rata transgénica de la enfermedad de Huntington (tgHD), utilizando un paradigma similar a la descrita previamente 28. 40 ratas tgHD (25 varones; 5, 15 heterocigotos homocigotos, 5 de tipo salvaje, y 15 mujeres, 4 homocigotos, 5 heterocigotos, 5 de tipo salvaje) se ensayaron en el laberinto de doble H usando una estrategia egocéntrica-learning a los 13 meses . Los animales fueron entrenados durante 4 días con 4 ensayos por día (día 1-4; Figura 10A), seguido de un único ensayo de sonda (sonda 1, día 5, Figura 10B). El día 6, los animales fueron sometidos a un período adicional de 4 ensayos de entrenamiento, que luego fue seguido por un segundo ensayo de la sonda en el día 7 (sonda 2; Figura 10C </ Strong>). Durante todo el período de formación de los tres grupos de ratas habían mostrado una progresiva mejora en el rendimiento de adquisición, aunque no hubo diferencias estadísticamente significativas entre estos grupos (Figura 10D; Genotipo, F (2,43) = 2,9, p = 0,07). A pesar de esto, hay una tendencia clara para las ratas homocigotos a no realizar, así como los heterocigotos y de tipo salvaje ratas durante el primer ensayo de cada entrenamiento o sesión de la sonda, que es quizás indicativo de un déficit de información revocatorio (Figura 10D , genotipo × ensayos, F (38,646) = 2.6, p <0.001).

Durante la primera y la segunda sonda-ensayos no hubo diferencias significativas entre los grupos de ratas con respecto a la latencia para alcanzar la localización de la plataforma (Figura 10E y F, el genotipo, F (2,34) = 1,6 y 0,1, ambos ns), o el tiempo que pasó en el brazo para el objetivo (Figura 10G y H, Genotype, F (2,34) = 2,7 y 1,3, ambos ns). Sin embargo, cuando se evaluó la cantidad de errores iniciales y repetitivos entre los grupos, se muestra ratas homocigotos para tener un aumento significativo del número de errores iniciales (Figura 10I: Genotipo, F (2,34) = 11,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls, homocigoto tgHD> de tipo silvestre, heterocigotos tgHD, p <0,05) y repetitivos errores (Figura 10J: Genotipo, F (2,34) = 12,1, p <0,001; post hoc de Newman-Keuls, homocigoto tgHD> de tipo salvaje, tgHD heterocigoto, p <0,05). Tomados en conjunto, estos datos son indicativos de un déficit de memoria distinta en las ratas tgHD.

Alocéntrica aprendizaje y rendimiento de memoria después de una Bilateral Muscimol inactivación del córtex prefrontal medial o dHip

El papel de los reuniens y romboide (ReRh) núcleos talámicos respecto a la regulación de las interacciones córtico-hipocampal se estudió en un párrafo alocéntrica-learningparadigma utilizando el laberinto de doble H y una muscimol bilateral (MSCI) inactivación de estas regiones del cerebro 29. Uno de los experimentos en este estudio se describe aquí, en el que las ratas fueron capacitados más de 4 días (4 ensayos / día), con la plataforma de escape se encuentra en el extremo del brazo de NE. Ellos fueron liberados de cualquiera de N o S brazo en una secuencia al azar (por ejemplo, S, N, N, S; ver §4.7 para la explicación). Dos ensayos de sonda se les dio (1) 24 horas después de los primeros 2 días de entrenamiento y (2) 24 horas después de 2 días adicionales de entrenamiento. Así, los animales fueron entrenados en los días 1, 2, 4 y 5; con ensayos de sonda teniendo lugar el día 3 y 6. 30 minutos antes de cada ensayo de sonda, las ratas fueron infundidos con 0,26 o 0,70 nmol en 1 l de muscimol (MSCI) en la corteza prefrontal medial (mPFC) o hipocampo dorsal (dHip). Los animales restantes fueron infundidos con un volumen equivalente de solución salina tamponada con fosfato (PBS) como control.

Durante las sesiones de entrenamiento (días 1-2 y 4-5), unll grupos de ratas habían mostrado un rendimiento comparable con respecto a la distancia global nadado en el laberinto (Figura 11A-B). Mientras que la distancia nadada había demostrado acortar sobre días (F (3,159) = 59,3, p <0,0001), no hubo efecto significativo de la región del cerebro (F (1,153) = 0,2, ns), la inactivación (F (3,53) = 0,3, ns), y ninguna interacción significativa entre la estructura y la inactivación (F (2,53) = 0,8, ns). En conjunto, esta muestra un patrón similar de aprendizaje entre todos los grupos de ratas durante los 4 sesiones de entrenamiento, sin diferencias significativas entre ellos.

Caminos de natación representativos para las sesiones de la sonda y de formación se muestran en la Figura 11E. En cuanto al tiempo de permanencia en el lugar de brazo por cada uno de los grupos de ratas (Figura 11C-D), el rendimiento ha demostrado ser significativamente sobre el nivel oportunidad para que los grupos mPFC y dHip pre-tratados con PBS sobre el juicio segunda sonda ( p <0,05), y el azar por encima denivel para el grupo mPFC-PBS durante el primer ensayo de la sonda (p <0,05). Cuando MSCI se introdujo en el córtex prefrontal medial, el tiempo dedicado por las ratas en el lugar del brazo no difirió de oportunidad en ninguno de los ensayos de la sonda, ya sea para la concentración de 0,26 o 0,70 nmol. Por el contrario, el grupo dHip-MSCI había pasado un tiempo significativamente menor en el grupo de procedimientos de respuesta (que casualidad) para ambas concentraciones durante la primera sonda de prueba, pero su rendimiento no diferir de casualidad durante la segunda prueba de la sonda (ambas concentraciones, de nuevo). En el segundo ensayo de la sonda, un 2 x 2 x 2 ANOVA del tiempo pasado en el brazo de su lugar (NE) mostró estructura significativa (F (1,53) = 11,2, p <0,01), la inactivación (F (2,53 = 17,4, p <0,001), y el juicio de la sonda (F (1,53) = 9,0, <0,01) efectos p. Lo que esto demuestra es que la capacidad de las ratas de control para encontrar la plataforma brazo mejoró notablemente después de 4 días de entrenamiento ( en contraposición a 2 días) -. un efecto, que fue interrumpido en ambos grupos de inactivación mPFC y G dHipeneralmente hablando, estas interrupciones fueron más pronunciados en los grupos dHip, sobre todo teniendo en cuenta que se observaron déficits de rendimiento tanto para la 0.26 y las 0.70 nmol concentraciones de MSCI. Por el contrario los déficits mPFC-inactivación fueron más pronunciados en la concentración más alta de MSCI.

Figura 1
Figura 1. Doble-H laberinto esquemática. The Double-H Maze ocupa un mm cuadrado 1600 x 1600 con una superficie interna de aproximadamente 1,084 m 2, y se compone de paneles de pared, puertas de guillotina, travesaños, y cubiertas transparentes al final de cada brazo (A). A 100 mm de diámetro, 140 mm de altura cilindro se coloca en el extremo de uno de los brazos objetivo de servir como una plataforma de escape (B). El espesor de los paneles de pared a lo largo del laberinto es 6 mm. Una fotografía de la Doble-H Maze se muestra (D;reimpreso de 24), con los bordes resaltados laberinto para mayor claridad. Para más información sobre la construcción laberinto, planos del laberinto están disponibles bajo petición. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. Distribución de zonas para el análisis de error Vista aérea del laberinto de doble H, que muestra las zonas de error (EZ1 - EZ4) para 2 posiciones distintas de partida (del Sur - A; Norte - B).. Las zonas de error se resaltan en gris, y el brazo cerrado (a través de puerta de guillotina) se resalta en negro. Zonas de error se determinan en base a las posibles desviaciones de la rata podría hacer de la ruta más corta entre el inicio y los brazos de gol. Por lo tanto después de ser liberado de laBrazo S (A), un giro inicial derecho daría lugar a la rata de entrada en la zona de error 1 (EZ1), lo que constituye un error inicial. Errores repetitivos se cuentan cuando esto sucede más de una vez, para cada zona. La línea rayada en B destaca una ruta de natación ejemplo, lo que sitúa a la rata en todas las zonas 4 de error antes de llegar a la meta en el noroeste, lo que constituye 4 errores iniciales (EZ1, EZ3, EZ2 y EZ4). Reimpresión de 24. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3
Figura 3. Protocolo utilizado en la formación de la estrategia alocéntrica Un paradigma de la formación alocéntrica se lleva a cabo más de 3 -. 4 días, y las ratas se les da un máximo de 4 pruebas por día. Las ratas se liberan de la N (A) y la S ( (por ejemplo, NSSN, NSNS, SSNN, etc.), con el brazo opuesto bloqueado por una puerta de guillotina transparente. La plataforma de escape se fija en el mismo lugar (NW en este caso). Para el ensayo de la sonda, la plataforma se retiró y las ratas se lanzan desde el brazo S, y se le dio 60 segundos para nadar en el interior del laberinto. Reimpresión de 24. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Ejemplos de pistas de natación de entrenamiento en estrategias alocéntrica. Nadar ejemplos de pista se representan como líneas rayadas durante un ensayo de la sonda, que se dio después de un retraso de 1 día siguiente 4 días de formación (a los 4 ensayos / día). Las ratas fueron lanzados del brazo S y la plataforma se retiró de su NW (traiposición ning). En A, la pista corresponde a una latencia para alcanzar la antigua localización de la plataforma de 6,62 seg, y el tiempo en este brazo era 25,16 seg (oportunidad en 8,2 seg). En B, la pista corresponde a una latencia de 14,02 seg, con un tiempo gastado en el interior del brazo a 26,45 seg. Reimpresión de 24. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5. Protocolo Utilizado en Formación Estrategia egocéntrico. Durante el entrenamiento (A), las ratas fueron puestos en libertad desde el brazo N del laberinto de doble H (flecha blanca), con el brazo S cerrado por una puerta de guillotina transparente. La plataforma de escape se encuentra en el brazo NW, y las ratas fueron entrenados para localizar este brazo durante 4 días consecutivos (en 4 ensayos/ Día). Durante el ensayo de la sonda, se eliminó la plataforma de escape, y las ratas fueron puestos en libertad, ya sea del NE (B, flecha blanca), o el brazo de S (C, flecha blanca), con los brazos SE o N cerradas, respectivamente. El juicio duró sonda de 60 seg y ratas haría bien una respuesta egocéntrica usando memoria procedimental (nadar a N, para el inicio NE; nadar a SE, para el arranque S), una respuesta a cabo utilizando la memoria lugar (nadar a NW), o ninguno. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
Figura 6. Rendimiento durante la sonda de prueba. Porcentaje de respuestas hechas por cada uno de los 4 grupos de ratas se muestra para el ensayo de la sonda. Independientemente de ratas siendo entrenados, ya sea del N o S brazo, un desplazamiento del brazo de inicio por 60cm a la izquierda (Trans) dio lugar predominantemente en las respuestas de procedimiento (resp; 92,3%). Sin embargo, los dos grupos de ratas que tuvieron su brazo inicio girar 180 ° (Rot) muestra una mayor cantidad de respuestas lugar (lugar). Esto indica que los cambios sutiles en la vista del medio ambiente (en los grupos Trans) resultaron en más ratas de conmutación para colocar en memoria para encontrar la ubicación de la plataforma. Las respuestas que no eran ni el lugar ni las respuestas de procedimiento fueron designados como OTRA. Reimpresión de 25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
Figura 7. Efecto de HFS en el rendimiento de la memoria en el laberinto de doble H. Las ratas se sometieron a una sesión de la sonda 20 segundos después de 3 días de entrenamiento en un paradigma egocéntrico (4 ensayos / día). Los datos se muestran for la sesión sonda que se llevó a cabo el próximo día consecutivo, con la estimulación (STIM), farsa-estimulación (SHAM) y control (CONT) grupos de ratas. No hubo diferencias significativas observadas entre los tres grupos de ratas con respecto a la latencia media para llegar a la ubicación de la plataforma de formación (A), y en el tiempo medio de permanencia en el brazo del blanco (B). En B, * representa una diferencia significativa en el tiempo pasado en el brazo para el objetivo del nivel de azar (como se indica por una línea rayada; p <0,05). Con respecto a la media del número de errores de cada grupo durante el primer 20 seg, se observó una diferencia significativa entre los grupos STIM y CONT (p <0,05). El porcentaje de procedimiento, el lugar y "otras" respuestas para cada grupo se muestra en (D), como barras de blanco, gris y negro, respectivamente. La diferencia entre STIM y CONT ratas respecto a las respuestas de N y NW fue significativa (χ 2 = 4,09, P <0,05), lo que tal vez destaca un uso alterado de la estrategia procesal en el STIM durante la sesión de la sonda. Reimpresión de 26. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
. Déficits de memoria procedimental Figura 8. NHVL inducida-Durante cada uno de los 3 días de entrenamiento, las ratas con lesiones del hipocampo ventral neonatales (NVHL) pasamos una cantidad significativamente mayor de tiempo de llegar a la plataforma de destino de los animales con operación simulada (A; arriba). Además, el grupo NVHL hizo más errores antes de la localización de la plataforma de destino (A; parte inferior). El diseño del laberinto durante el juicio sonda se muestra en B (arriba), con el brazo de inicio situado en SW, y cada uno de los brazos accesibles destacó basa enlas ratas eligieron estrategia cuando se liberan en el laberinto: lugar de respuesta (LUGAR; NE), la memoria de procedimiento (PROC; N) y ninguno (OTRO; NW y SE). El brazo S fue cerrada con una puerta de guillotina. Durante el juicio sonda ratas NVHL muestran un predominio de otras respuestas que explicaron el lugar ni la memoria de procedimiento, en contraste con el grupo de simulación que tenía todos exhibidos respuestas de procedimiento (B; abajo). En general, el rendimiento de la formación con discapacidad y la falta de estrategia clara durante la sesión de la sonda en las ratas NVHL demuestran déficit de aprendizaje y desorientación espacial, respectivamente. Reimpresión de 27. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9
Figura 9. pistas de natación típicos durante el entrenamiento y la retención. pistas de natación típicos se muestran tanto para el simulacro de accionamiento (SHAM) y la lesión del hipocampo ventral neonatal (NVHL) grupos, para el primer y cuarto ensayos durante el primer día de la prueba (superior y medio), y durante el juicio sonda ( fondo). Durante la fase de entrenamiento del brazo N estaba cerrada con una puerta de guillotina transparente y ratas fueron puestos en libertad desde el brazo S. Durante la sesión de la sonda del brazo de inicio que se utilizó durante el entrenamiento (S) se cierran con una puerta de guillotina transparente y ratas fueron lanzados del brazo SW. Una "x" indica la localización donde se tomaron la salida del laberinto ratas una vez transcurrido el período de prueba de 60 seg. Una respuesta procedimental memoria se contó cuando la rata se había trasladado primero en el brazo N. Reimpresión de 27. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

ys "> Figura 10
Figura 10. Formación y el rendimiento de retención en modelos de rata de enfermedad de Huntington. La formación configuraciones del laberinto de doble H a los 13 meses (A) y la sonda (BC) se muestran, incluyendo los puntos de inicio (identificado por una flecha blanca) y la brazo cerrado-off (resaltado en gris). Durante la fase de entrenamiento, las ratas nadaron desde el brazo de N a una plataforma, que se encuentra en la extremidad del brazo NW. Durante las sesiones de la sonda se retiró la plataforma, y las ratas fueron liberados forma ya sea el brazo NE (Sonda 1; B) o el brazo S (sonda 2; C). En ambos casos, una línea rayada indica una respuesta basada procesal-memoria, mientras que una línea continua indica una respuesta a cabo en memoria. Latencia para alcanzar la plataforma durante el entrenamiento (D), las sesiones de la sonda 1 (E) y sonda 2 (F) se muestran para los tresgrupos de ratas. El tiempo que las ratas pasaron en el grupo objetivo (localización de la plataforma anterior) durante el primero (G) y segunda (H) sesiones de la sonda también se muestran, con la línea sombreada que representa el nivel de probabilidad (8.25 seg). La inicial (I) y (J) errores repetitivos durante cada una de las sesiones de entrenamiento y la sonda se muestran para cada grupo. Todos los datos se muestran como media ± SEM. Reimpresión de 28. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 11
. Figura 11. Formación y rendimiento de retención en ratas con dHip o mPFC inactivación Todos los grupos de ratas fueron capacitados en los días 1-2 y 4-5 usando un paradigma alocéntrica-learning (4 ensayos / día), con sesión de sondas teniendo lugar el día 3 y 6. Durante la sesión de la sonda ratas fueron puestos en libertad desde el brazo SW, con el brazo NE cerrado por una puerta de guillotina transparente (E). Las ratas recibieron una infusión bilateral de cualquiera de 0,26 o 0,70 nmol de MSCI, o PBS, ya sea en la corteza prefrontal medial (mPFC) o hipocampo dorsal (dHip) antes de cada sesión de sonda. El nadado media distancia para mPFC (A) y dHip (B) las ratas antes de alcanzar la plataforma de escape se indican para cada uno de los días de entrenamiento, sin diferencias significativas entre los grupos. Durante el juicio de la sonda, el tiempo pasado en el brazo del blanco lugar-respuesta (NE) durante el período de 60 segundos se muestra (CD). Trayectorias de natación típicos se muestran para cada uno de los grupos de ratas durante la sesión de sonda (E). Todos los datos se muestran como media ± SEM, con # indica una diferencia significativa en comparación con PBS (p <0,05), y * indica una diferencia significativa en comparación con el azar (p <0,05; chancnivel e muestra como una línea punteada). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Comentarios sobre Diseño Estudio y Análisis

Desde su concepción, el laberinto de doble H se ha utilizado en una serie de experimentos de comportamiento en ratas, que colectivamente fueron diseñados para estudiar las respuestas egocéntricos y / o alocéntricos en ratas en condiciones normales de 24,25 y alterado 26-29 estados cerebrales. Los últimos estudios incluyen la estimulación del estriado cerebral profunda (DBS) 26, los modelos animales de trastornos neurológicos 27,28, así como desactivaciones bilaterales de varias regiones del cerebro cortico-hipocampo utilizando muscimol 29. Muchos de los estudios descritos utilizados ya sea estrategia egocéntrica-learning una allocentric- o, como se resume en §4.7 y §4.8, respectivamente; aunque las variaciones sutiles en el paradigma central (por ejemplo, una rotación de 180 ° en el grupo de inicio durante un ensayo de sonda engañosa 25) están hechos en su caso al estudio particular. La naturaleza específica del paradigma de la formación dependes en el estudio, que está teniendo lugar (por ejemplo, 24-29). Un error inicial se cuenta cada vez que la rata se desvía de la trayectoria de la meta correcta de nuevo en el brazo, ya sea de inicio o en un nuevo segmento laberinto, para la primera vez. Un error repetitivo se cuenta cada vez que esto sucede más de una vez. La trayectoria de la meta correcta se define como la ruta más corta entre la posición inicial y el brazo de la plataforma / objetivo. Por ejemplo, si la posición de partida es en el brazo S, y la plataforma de escape es en el brazo NW, los resultantes 4 zonas de error (EZ1 - EZ4) están situados en los brazos SW, NE y SE, así como la parte este de el callejón central (Figura 2A). La traza ejemplo de natación en la figura 2B representa 4 errores iniciales, como la rata había visitado cada una de las zonas de error 4 una vez. Las ratas sólo se consideran haber entrado en un segmento del brazo / laberinto cuando todas las 4 patas son en su interior.

Análisis Estadístico

Dada la correlación estrechación entre la latencia (entre la posición inicial y la plataforma) y la distancia nadada, esta última variable se omite a menudo. Sin embargo, en ratas que presentan problemas motores obvias, la distancia o el número de errores parecen una variable más fiable. Para las ratas, que han sido entrenados en un paradigma egocéntrico, su primera opción de natación en el interior del laberinto de doble H durante el juicio sonda constituye tampoco un "otro" respuesta egocéntrico, alocéntrica o, dependiendo de donde nadan a primera. Esto se analiza con una estadística χ 2. Respecto al tiempo que las ratas pasan en el brazo objetivo durante los ensayos de sonda, el nivel de probabilidad se calcula en base a la proporción de área de superficie en este brazo, con respecto al resto del laberinto (13,76%). Así 13,76% x 60 seg = 8,25 seg.

La modificación de las estrategias de formación para, por ejemplo, Testing efectos de drogas, etc.

Numerosas adaptaciones al aprendizaje alocéntrica y egocéntrica estándarprotocolos se han utilizado a través de diversos estudios, que han puesto a prueba las ratas en el laberinto de doble H. La frecuencia y duración de las sesiones de entrenamiento se pueden configurar de acuerdo con un protocolo particular. Por ejemplo, Pol-Bodetto y colegas variar el número de días de prueba (2, 4 o 6, así como el número de ensayos por día (3 o 4) 24. Además, mientras que la mayoría de los estudios utiliza una sonda de prueba 60 sec (por ejemplo, 24,25,27-29), Schumacher y sus colegas utilizaron 20 seg 26. Los animales pueden ser tratados con medicamentos, ya sea antes de la formación 24 o antes de la sesión de la sonda 29. Finalmente, la ubicación de la posición de partida durante la sesión de sonda puede variarse para dar a los animales una similar (por ejemplo, Schumacher et al. 26) o marcadamente alterada (por ejemplo, 24,25) vista inicial de las señales extra-laberinto.

Consideraciones Generales

La tarea del laberinto de doble H ha demostrado queauto sea una tarea de memoria simple, que puede ser adquirido rápidamente por los roedores, y no requiere técnicas de refuerzo anterior, tales como la restricción de alimentos. Su principio básico consiste en ratas natación para llegar a una plataforma de escape oculta, y posteriormente el aprendizaje de su posición, al igual que el laberinto acuático de Morris. Las ratas pueden ser entrenados para un rendimiento estable en tan sólo 2 días (6 ensayos / día), dando a esta tarea una ventaja considerable con respecto a los estudios a tiempo consciente, como las aplicaciones pre-clínicos y la detección de drogas. El protocolo de entrenamiento se puede adaptar a un paradigma de aprendizaje alocéntrica o egocéntrico, y ensayos de sonda tenido lugar a lo largo puede proporcionar una penetración en el equilibrio dinámico entre los dos sistemas de memoria que rigen estos comportamientos, incluyendo la capacidad de las ratas para cambiar de un sistema a el otro. Finalmente, numerosas adaptaciones con el protocolo estándar (por ejemplo, un desplazamiento lateral del brazo de inicio, vs. una rotación) pueden llevarse a cabo para reforzar THe uso de una estrategia particular en un ensayo de sonda engañosa 25.

Adquisición y Rastreo Duración

En numerosos estudios utilizando el laberinto de doble H, tanto el alocéntrica 24,29 y egocéntricas 24-28 paradigmas de formación han llevado a las trazas de memoria estables, incluso en presencia de fármacos amnésicos, lesiones y la estimulación de alta frecuencia (ver más abajo). Cabe destacar que en un protocolo alocéntrica (ver §4.7) ratas no son capaces de desarrollar una rutina para resolver la tarea, porque la posición de partida se asignó al azar a través de los ensayos (principalmente N o S; más se puede utilizar para aumentar la demanda espacial de la tarea ). Rendimiento a lo largo de la tarea se ha medido contando los errores iniciales y repetitivos (desviaciones lejos de la portería tarea), así como la medición de la latencia para alcanzar el brazo / plataforma de meta. Medidas adicionales realizadas durante los ensayos de la sonda engañosas incluyen el tiempo empleado en el brazo de su lugar de respuesta, así como la c inicialratas LECCIÓN hechas al ser liberados en el laberinto. En consonancia, en los estudios que se han realizado hasta el momento, estas variables se han visto cambiar gradualmente durante el relativamente corto período de entrenamiento de una manera estable, lo que refleja una mejora del rendimiento. Por ejemplo, en un protocolo alocéntrica-learning 6 días, se observaron las ratas para reducir el número de errores iniciales (de ~ 2 a casi 0) y los errores repetitivos (desde ~ 0,5-0), así como su latencia para alcanzar la plataforma de escape (de ~ 35 seg a ~ 10 seg) 24. Durante este estudio en particular se hizo evidente en los ensayos de la sonda que las ratas habían aprendido y podrían recuperar la ubicación de la plataforma de escape, según lo revelado por la latencia media para entrar en el brazo para el objetivo está por debajo de 8 segundos (a diferencia de la primera prueba de latencia media de 42.8 seg). Además ratas han demostrado para retener la ubicación de la plataforma de escape incluso en el retraso post-adquisición más largo (18 días) entre el último día de entrenamiento y la sesión de sonda 24. Además, no hay evidencia estadística para la degradación del rendimiento fue encontrado en retrasos más cortos (1 y 5 días).

Cambie de lugar en la memoria de procedimiento

Anteriormente, Packard y McGaugh 7 habían demostrado la tendencia a que las ratas para cambiar de un lugar a una respuesta de procedimiento, una vez que habían adquirido una tarea repetitiva dentro de un laberinto cruz. En este experimento, las ratas fueron liberados constantemente desde el mismo punto de partida con el fin de llegar a un premio de comida en otro punto fijo. Las ratas tratadas con solución salina habían demostrado una estrategia de respuesta que representa el lugar de la memoria después de 8 días de entrenamiento, y la memoria de procedimiento después de 16 días de entrenamiento; en los ensayos de sonda engañosas por lo que el brazo de inicio fue movido a una ubicación diferente. Este fenómeno se ha demostrado posteriormente siguiente procedimiento de aprendizaje extendida en el doble-H 24,25 laberinto, en el que las ratas fueron liberados constantemente desde el mismo brazo de partida (utilizando un st egocéntricosrategy; ver §4.8). En uno de los primeros estudios, que utilizan el laberinto de doble H, se encontró que las alteraciones sutiles en la perspectiva del medio ambiente en un ensayo de sonda engañosa (unos 60 cm de desplazamiento lateral en la posición de inicio), llevado a principalmente respuestas procesales en ratas, a diferencia de las ratas que se habían sometido a un cambio de 180 ° en el lugar de inicio y había mostradas posteriormente una incidencia mucho mayor de respuestas lugar 24. Este efecto se atribuyó a las ratas utilizando una estrategia basada en los procedimientos cuando su punto de vista ambiental era lo suficientemente similar a la observada durante las sesiones de entrenamiento. Esta fue explorado con más detalle en un estudio posterior que tuvo en cuenta la posición de partida (ratas se dividieron en N y S posición armar inicial), en la que grupos de ratas entrenadas, ya sea del brazo N o S experimentaron o bien un desplazamiento lateral o de rotación, este último de los cuales alterado notablemente la perspectiva ambiental inicial en el laberinto 25. Ellos encontraron no sólo resultados similares regarding la elección de la estrategia basada en la perspectiva ambiental inicial, sino también esta elección fue relativamente invariable de la posición en la que las ratas fueron capacitados inicialmente en el laberinto. En conjunto, estas observaciones demuestran que los ajustes de la posición de partida en el laberinto de doble H (durante los ensayos de la sonda engañosas) pueden facilitar una respuesta ya sea procesal o lugar, dependiendo de qué tan marcadamente diferentes a las ratas inicial perspectiva sobre las señales ambientales son. Para las grandes diferencias, como se ve en las ratas que se inician desde el brazo opuesto de la que han sido entrenados, recurren principalmente a colocar la memoria. Esto es interesante porque demuestra la capacidad de las ratas para cambiar a un lugar en memoria previamente aprendidas en la demanda, cuando la situación lo requiere, y también refuerza los hallazgos anteriores que sugieren que las ratas aprenden una respuesta procesal después de adquirir la tarea utilizando lugar de memoria 7. Esto puede ser de beneficio en futuros estudios en los que los experimenter podría saber si una rata puede cambiar de procedimiento para colocar la memoria después de un tratamiento en particular.

Los déficits de rendimiento en modelos animales de deterioro de la memoria

Desde su concepción, el laberinto de doble H se ha utilizado en varios estudios que evaluaron los efectos de deterioro de la memoria en roedores, a través de las lesiones del hipocampo selectivos 27, la inactivación de las regiones del cerebro cortico-29 hipocampo, estriado estimulación profunda del cerebro (DBS) 26, así como a través del uso de diversos fármacos administrados por vía sistémica-24. Mientras que todos estos ejemplos se habían mostrado diferencias de rendimiento en los ensayos de la sonda después de la capacitación, el desempeño de las ratas tratadas y de control había normalizado hacia el final de las sesiones de entrenamiento. Esto pone de relieve la sencillez de la tarea en la que se puede adquirir rápidamente, incluso en presencia de fármacos que afectan colinérgica o la neurotransmisión glutamatérgica 24, para instance. Diversas alteraciones en el rendimiento se habían observado en las sesiones de la sonda. DBS del estriado dorsal había revelado una distribución alterada significativamente de lugar / procedimiento / otras respuestas en ratas (frente a las ratas de control) que llevó a cabo una engañosa siguiente sonda de prueba, un paradigma de aprendizaje egocéntrica 26. Esto fue propuesto que el resultado de una modificación de los procesos neuronales que subyacen a la memoria de procedimiento, en las ratas que habían recibido DBS. Se encontró inactivación muscimol Bilateral de regiones cerebrales cortico-hipocampal (al 0,70 y 0,26 nmol) para inducir importantes déficits en la estrategia de cambio cuando las ratas se pusieron a prueba en un ensayo de sonda engañosa 29. En este estudio se observó que estos déficits también estuvieron presentes a través de la inactivación bilateral de los reuniens y romboides (ReRh) núcleos del tálamo, que posteriormente destacaron su posible papel en la estrategia de desplazamiento en las tareas que requieren tanto los intercambios de información corticales y del hipocampo. Los déficits de memoria enmodelos animales de enfermedades neurológicas también se han evaluado en el doble-H laberinto 27,28. Las ratas con lesiones del hipocampo ventral neonatales (NVHL) habían mostrado una latencia significativamente más largo para llegar a la plataforma de destino (p = 0,00006), así como un mayor número de errores (p = 0,001), en comparación con las ratas de control 29. Además, las ratas habían mostrado NVHL respuestas principalmente durante el juicio sonda que había contabilizado ni lugar ni la memoria de procedimiento (en comparación con las ratas control que tenían todas las respuestas que se muestran de procedimiento), que destacaron una desorganización espacial. Por último, los modelos de ratas transgénicas de la enfermedad de Huntington habían mostrado déficits de memoria claras durante los ensayos de la sonda, siguiendo un paradigma de aprendizaje procedimental 28. Tomados en conjunto, esta evidencia pone de relieve un papel intrigante para el laberinto de doble H para ser utilizado en los estudios que evalúan alteraciones neurológicas (y posibles opciones de tratamiento) en los animales, ya que permite una multa control sobre el tipo de aprendizaje y la estrategia que se requiere para la finalización de la tarea.

Ventajas y desventajas

Para resumir la discusión anterior, el laberinto de doble H es una tarea sencilla y adquirió rápidamente, lo que puede conducir a las trazas de memoria estables. Además, se puede permitir que el experimentador para dirigir el tipo de aprendizaje que está involucrada, a saber alocéntrica o aprendizaje egocéntricos. Las interacciones dinámicas entre estos dos sistemas de memoria pueden ser observadas en un ensayo de sonda, y se evaluaron bajo una variedad de condiciones (por ejemplo, lesiones, drogas, DBS), como se describió anteriormente. Dado que el laberinto de doble H es un laberinto de agua, uno de sus inconvenientes primaria implica estrés agudo para los animales cuando se coloca dentro del agua, como con cualquier laberinto de agua (por ejemplo, 30). Por otra parte, muchas de las variables dependientes en la tarea (por ejemplo, la latencia para apuntar plataforma) requieran la realización motora normal en ratas. Esto es importante porqueratas con deficiencias motoras (por ejemplo, los modelos de la enfermedad de Parkinson) se conocen a nadar de manera diferente a los animales de control, por lo tanto ya latencias en la tarea pueden interpretarse incorrectamente como alteraciones de la memoria. En tal caso, la distancia se puede utilizar como un último recurso. Teniendo en cuenta que el agua debe hacerse opaco con leche desnatada en polvo, el laberinto se debe vaciar y volver a llenar todos los días con el fin de evitar que el agua se vuelva rancio, que en sí es una tarea que consume tiempo, dependiendo de la configuración de laboratorio. Leche en polvo, sin embargo, podría ser sustituido por un tinte sintético. Finalmente, a diferencia de otras tareas laberinto, el uso de agua impide el uso de EEG simultánea grabación (usando ya sea una correa de sujeción de cable o sistema de grabación sin cable), a menos que se usa a) un sistema implantable (que rara vez tienen el rango de transmisión para cubrir el doble H laberinto), o b) el esfuerzo se lleva a cabo para impermeabilizar el sistema.

Mejoras futuras a este método

Desde su concepción, el laberinto de doble H ha participado en varios estudios, que han hecho cada adaptaciones sutiles con el protocolo estándar, como se describe en los resultados representativos. Numerosas otras variables pueden ser grabadas que son relevantes para los estudios futuros que tendrán lugar, como las ratas segunda elección hacen después de una respuesta procedimental durante una sesión de la sonda. Por ejemplo, las ratas pueden cambiar a colocar la memoria inmediatamente después de descubrir que la plataforma de escape no se encuentra (retroalimentación negativa). Otras medidas de comportamiento pueden incluir un análisis de la velocidad de natación, así como las características de los caminos de natación tomadas por la rata. Como se observó durante los estudios en casa, las ratas que nadan a lo largo de un lado particular de un brazo de doble H tienen una tendencia a girar en esa dirección particular, una vez que alcanzan el siguiente cruce. Tales comportamientos pueden ser grabadas utilizando el software de vídeo de seguimiento disponible en el mercado. Por último, en relación con el protocolo alocéntrica-aprendizaje actual, no puede excluirse queeste procedimiento podría llevar ratas para el desarrollo de dos rutinas. Además, el punto de partida en el ensayo de sonda podría ser el mismo que uno de los puntos de formación de partida. Así, un protocolo más apropiado para entrenar a una estrategia alocéntrica podría consistir en el uso de 4 brazos de partida / día desde donde la rata se libera en una secuencia impredecible (por ejemplo, N, NW, SE, S; S, N, NW, SE; etc. ). Uno de los brazos restantes sería donde se encuentra la plataforma de escape durante las sesiones de formación (por ejemplo, NE), el otro está cerrado durante el entrenamiento, pero utiliza como el brazo de partida para el estudio de la sonda (por ejemplo, SO). Si bien no hay resultados publicados con este protocolo, los experimentos en curso han demostrado que este protocolo funciona perfectamente con mucho menos dudas sobre la naturaleza espacial del aprendizaje.

Conclusión

El doble-H es una prueba del laberinto eficiente y fiable, que se puede utilizar para evaluar el lugar y procedimiento de aprendizaje en ratas. Surelativamente cortos tiempos de adquisición lo hacen ideal para las evaluaciones rápidas preclínicos de fármacos candidatos, y la falta de degradación de rendimiento a lo largo de casi 3 semanas posteriores a la adquisición pone de relieve un papel en la identificación de la dinámica espacio-temporales de recuerdos remotos a nivel del sistema. Además, permite a los estudios basados ​​en la interacción dinámica entre los sistemas de memoria de procedimiento y declarativo.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por la Universidad de Estrasburgo y Neurex-Neurociencia Red de Alto Rhin (post-doc comunión a RP) y por BrainLinks-BRAINTOOLS Cluster de Excelencia financiados por la Fundación Alemana de Investigación (DFG, número de concesión EXC 1086). Damos las gracias a Nadja Martini para la asistencia técnica de expertos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rats or Mice Charles River
Towels for drying University Hospital 1 / animal
Water ~200 L / day
Skim milk powder Grocery store 250 g / 200 L water
Garden Hose Hardware store
Drying rack for towels Hardware store
Kinect camera Kinect
PC computer any
Name Company Catalog Number Comments
Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built)
External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm 2
Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm 8
Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm 4
Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm 6
Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm 3
Extremity covers, 200 × 250 mm 6
Crossbars, 200 × 40 mm 6
Name Company Catalog Number Comments
Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built)
Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm 2
Platform cover, 100 mm diameter × 6 mm 2

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References

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El Doble-H Maze: Una prueba del comportamiento robusto para el Aprendizaje y la Memoria en roedores
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Kirch, R. D., Pinnell, R. C.,… More

Kirch, R. D., Pinnell, R. C., Hofmann, U. G., Cassel, J. C. The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents. J. Vis. Exp. (101), e52667, doi:10.3791/52667 (2015).

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